Question

二甲醚（CH₃OCH₃）被称为21世纪的清洁、高效能源．
Ⅰ、合成二甲醚反应一：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol
一定条件下该反应在密闭容器中达到平衡后，要提高CO的转化率，可以采取的措施是

 

．
A、低温高压    B、加催化剂    C、体积不变充入N₂ D、增加CO浓度    E、分离出二甲醚
Ⅱ、二甲醚燃料电池的工作原理如图一所示．

（1）该电池正极的电极反应式为

 

． 电池在放电过程中，b对应的电极周围溶液的pH

 

．（填“增大”、“减小”或“不变”）
（2）以上述电池为电源，通过导线与图二电解池相连．
①X、Y为石墨，a为2L 0.1mol/L KCl溶液，写出电解总反应的离子方程式：

 

．
②X、Y分别为铜、银，a为1L 0.2mol/L AgNO₃溶液，写出Y电极反应式：

 

．
（3）室温时，按上述（2）①电解一段时间后，取25mL上述电解后溶液，滴加0.2mol/L醋酸得到图三（不考虑能量损失和气体溶于水，溶液体积变化忽略不计）．
①结合图三计算，上述电解过程中消耗二甲醚的质量为

 

．
②若图三的B点pH=7，则滴定终点在

 

区间（填“AB”、“BC”或“CD”）．
③C点溶液中各离子浓度大小关系是

 

．

Answer 1

考点：化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,电解原理

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：I．要提高CO的转化率，改变条件使反应向正反应方向移动，可以通过改变温度、压强、浓度使平衡向正反应方向移动；
II．（1）根据氢离子移动方向知，左边电极是负极，通入燃料二甲醚，右边电极是正极，通入氧化剂氧气，该燃料电池中，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水；
电池在放电过程中，b对应的电极上二甲醚失电子生成氢离子，导致氢离子浓度增大；
（2）①X、Y为石墨，放电时，阳极上氢氧根离子放电、阴极上氢离子放电；
②X、Y分别为铜、银，Y是阳极，阳极上银失电子发生氧化反应；
（3）室温时，按上述（2）①电解一段时间后，取25mL上述电解后溶液，滴加0.4mol/L醋酸得到图三，
①根据图知，KOH溶液的pH=13，常温下，KOH的浓度是0.1mol/L，则n（KOH）=0.1mol/L×2L=0.2mol，根据KOH和转移电子正极的关系式计算转移电子，再根据转移电子守恒计算二甲醚的质量；
②滴定终点二者恰好反应生成CH₃COOK；
③C点溶液中的溶质是CH₃COOK和CH₃COOH，溶液呈酸性，说明醋酸电离程度大于醋酸根离子水解程度．

解答： 解：I．要提高CO的转化率，改变条件使反应向正反应方向移动，可以通过改变温度、压强、浓度使平衡向正反应方向移动，
A、低温高压平衡向正反应方向移动，所以能提高CO的转化率，故正确；    
B、加催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡移动方向，故错误；   
C、体积不变充入N₂，反应物和生成物浓度不变，则化学反应不移动，所以不能提高CO的转化率，故错误；
D．增加CO浓度平衡向正反应方向移动，但CO的转化率减小，故错误；
E、分离出二甲醚，二甲醚浓度减小，平衡向正反应方向移动，则能提高CO的转化率，故正确；
故选AE；
II．（1）根据氢离子移动方向知，左边电极是负极，通入燃料二甲醚，右边电极是正极，通入氧化剂氧气，该燃料电池中，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
电池在放电过程中，b对应的电极上二甲醚失电子生成氢离子，导致氢离子浓度增大，则溶液的pH减小；
故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；减小；
（2）①X、Y为石墨，放电时，阳极上氢氧根离子放电、阴极上氢离子放电，所以电池反应式为：2Cl^-+2H₂O

电解  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，故答案为：2Cl^-+2H₂O

电解  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
②X、Y分别为铜、银，Y是阳极，阳极上银失电子发生氧化反应，电极反应式为Ag-e^-=Ag⁺，
故答案为：Ag-e^-=Ag⁺；
（3）室温时，按上述（2）①电解一段时间后，取25mL上述电解后溶液，滴加0.4mol/L醋酸得到图三，
①根据图知，KOH溶液的pH=13，常温下，KOH的浓度是0.1mol/L，则n（KOH）=0.1mol/L×2L=0.2mol，根据2Cl^-+2H₂O

电解  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑知，生成0.2mol氢氧根离子转移电子的物质的量=

0.2mol

2

×2=0.2mol，二甲醚燃料电池的总反应方程式是CH₃OCH₃+3O₂=2CO₂+3H₂O，二甲醚转化为CO₂，消耗1mol二甲醚转移电子数=2×[4-（-2）]=12mol，因此当转移0.2mol电子时消耗二甲醚的质量=

0.2mol

12

×46g/mol=0.77g，
故答案为：0.77g；
②滴定终点二者恰好反应生成CH₃COOK，KOH的浓度是醋酸的一半，则恰好中和时需要酸的体积等于KOH体积的一半，醋酸钾为强碱弱酸盐，其溶液呈碱性，当溶液的pH=7时，醋酸稍微过量，所以醋酸体积大于KOH体积的一半，所以滴定终点为AB段，故答案为：AB；
③C点溶液呈酸性则c（H⁺）＞c（OH^-），结合电荷守恒c（K⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），得到c（CH₃COO^-）＞c（K⁺），所以溶液中离子浓度大小顺序是：c（CH₃COO^-）＞c（K⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故答案为：c（CH₃COO^-）＞c（K⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

点评：本题考查了原电池和电解池原理、酸碱中和滴定等知识点，这些知识点都是考试热点，知道原电池和电解池中各个电极上发生的电极反应式，近几年中化学电源新型电池及燃料电池考查较多，离子浓度大小比较常常与盐类水解和弱电解质电离联合考查，为学习难点，要熟练掌握基本知识，灵活运用基础知识解答问题，题目难度中等．